一种循环水冷却系统及其自动控制方法与流程

本发明属于钢帘线生产领域，具体涉及一种循环水冷却系统及其自动控制方法。

背景技术：

循环水系统是钢帘线生产主要工序电镀和水箱工序的重要组成部分。其中，循环水系统供给中频加热炉的冷却，主要冷却中频炉负载线圈，冷却水温度要求小于等于35℃。采用冷却塔对循环水进行冷却并通过板式换热器冷却中频炉中的循环水，使中频炉水温不超过35℃。现有循环水冷却系统存在以下不足之处：

一、冷却塔水温根据湿球温度人工进行调节，没有与车间用水设施的温度要求联动起来做闭环式的自动控制；

二、系统采用冷却塔与板式换热器相结合的冷却方式，冷却塔水温受环境湿球温度影响很大，当环境温度下降时，冷却水温度也会下降，由于板式换热器换热量为恒定值，且采用了电动温控阀控制，当冷却水温度下降时电动温控阀就会自行减少冷却水流量；流量减少，原先为夏季湿球温度28℃选择的冷却塔和循环泵就会出现功率和冷却能力过大的现象，造成水电资源的浪费；

三、现有循环水管道及板式换热器设计偏小，夏、秋季冷却水温度常有超温现象，在出现超温后，需要增加纯水来进行中和降温，增加了纯水的耗用；或者通过车间开启空调冷却系统对水箱箱体间接性降温，造成电力资源的浪费。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种循环水冷却系统及其自动控制方法，对冷却水温度进行闭环式的自动控制，有效节约水电资源。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种循环水冷却系统，包括循环水冷却单元和控制传送单元，所述循环水冷却单元包括并联的多个冷却塔、并联的多个板式换热器、并联的多个循环泵、冷却水供水管路、循环水回水管路和变频器，所述冷却水供水管路设置在所述多个冷却塔的出水口的公共端与所述多个板式换热器的入水口的公共端之间，所述循环水回水管路设置在所述多个冷却塔的入水口的公共端与所述多个板式换热器的出水口的公共端之间，所述多个循环泵设置在所述冷却水供水管路上，用于调节所述冷却水供水管路内冷却水的流量，所述变频器用于调节所述多个循环泵的转速；所述控制传送单元包括可编程逻辑控制器、湿球温度传感器、第一组温度压力变送器和第二组温度压力变送器，所述湿球温度传感器、所述第一组温度压力变送器、所述第二组温度压力变送器分别与所述可编程逻辑控制器电气连接，所述变频器还与所述可编程逻辑控制器电气连接，所述湿球温度传感器用于采集所述多个冷却塔的出水口的公共端的冷却水的温度，所述第一组温度压力变送器用于采集所述多个板式换热器的入水口的公共端的冷却水的温度和压力，所述第二组温度压力变送器用于采集所述多个板式换热器的出水口的公共端的循环水的温度和压力。

所述多个冷却塔包括第一组冷却塔和除所述第一组冷却塔之外的其余冷却塔，所述其余冷却塔分别设置有多个风机和多个电动阀，所述多个风机和多个电动阀一一对应，每个电动阀在对应的风机启停时相应地开启或关闭，所述第一组冷却塔对应设置有第一组风机，所述第一组冷却塔的出水口始终保持开启状态，所述多个风机、所述第一组风机分别与所述可编程逻辑控制器电气连接。

其中，所述多个板式换热器上分别设有电动温控阀，用于根据流入所述多个板式换热器的冷却水的温度自动调整其内部冷却水的流量，当流入所述多个板式换热器的冷却水温度高于温度上限值时，增大冷却水流量，当流入所述多个板式换热器的冷却水温度低于温度下限值时，减小冷却水流量；

所述可编程逻辑控制器用于计算所述第一组温度压力变送器采集的温度与所述第二组温度压力变送器采集的温度之间的温度差，并根据所述温度差与预设温度差的比较结果对所述变频器的输出频率进行恒温差pid控制，以调节所述多个循环泵输出的冷却水流量；或者，所述可编程逻辑控制器用于计算所述第一组温度压力变送器采集的压力与所述第二组温度压力变送器采集的压力之间的压力差，并根据所述压力差与预设压力差的比较结果对所述变频器的输出频率进行恒压差pid控制，以调节所述多个循环泵输出的冷却水流量；

所述可编程逻辑控制器还用于将所述湿球温度传感器采集的温度与第一预设温度进行比较，在所述湿球温度传感器采集的温度大于所述第一预设温度时，控制所述多个风机和所述第一组风机全部启动，并开启对应的多个电动阀；在所述湿球温度传感器采集的温度小于所述第一预设温度时，当所述湿球温度传感器采集的温度每下降第一温差值，所述可编程逻辑控制器就将所述多个风机中的一台风机停止，并关闭相对应的电动阀，当所述湿球温度传感器采集的温度每上升所述第一温差值，所述可编程逻辑控制器就将所述多个风机中处于停止状态的一台风机再次启动，并开启相对应的所述电动阀；

优选地，所述多个冷却塔的出水口的公共端与所述多个循环泵的入水口的公共端之间的冷却水供水管路上还设有电子除垢仪，用于对从所述多个冷却塔的出水口的公共端流出的冷却水进行除垢。

优选地，所述可编程逻辑控制器还连接操作屏，所述操作屏用于切换对所述变频器进行的恒温差pid控制或恒压差pid控制。

优选地，所述操作屏还用于预先设定所述温度上限值、所述温度下限值、所述预设温度差、所述预设压力差、所述第一预设温度和所述第一温差值。

优选地，所述可编程逻辑控制器还连接动力柜，所述动力柜用于给所述循环水冷却系统提供电源。

根据本发明的另一面，提供一种循环水冷却系统自动控制方法，所述方法包括：

利用湿球温度传感器采集多个冷却塔的出水口的公共端的冷却水的温度，利用第一组温度压力变送器采集多个板式换热器的入水口的公共端的冷却水的温度和压力，利用第二组温度压力变送器采集所述多个板式换热器的出水口的公共端的循环水的温度和压力，所述多个冷却塔包括对应设置有第一组风机的第一组冷却塔和除第一组冷却塔之外的其余冷却塔，所述其余冷却塔分别设置有多个风机和一一对应于多个风机的多个电动阀，每个电动阀在对应的风机启停时相应地开启或关闭，所述第一组冷却塔的出水口始终保持开启状态；

利用多个板式换热器上的电动温控阀根据流入所述多个板式换热器的冷却水的温度自动调整其内部冷却水的流量，当流入所述多个板式换热器的冷却水温度高于温度上限值时，增大冷却水流量，当流入所述多个板式换热器的冷却水温度低于温度下限值时，减小冷却水流量；

利用可编程逻辑控制器计算第一组温度压力变送器采集的温度与第二组温度压力变送器采集的温度之间的温度差，并根据所述温度差与预设温度差的比较结果对变频器的输出频率进行恒温差pid控制，以调节多个循环泵输出至冷却水供水管路内的冷却水流量；或者，利用所述可编程逻辑控制器计算所述第一组温度压力变送器采集的压力与所述第二组温度压力变送器采集的压力之间的压力差，并根据所述压力差与预设压力差的比较结果对所述变频器的输出频率进行恒压差pid控制，以调节所述多个循环泵输出至冷却水供水管路内的冷却水流量；

利用所述可编程逻辑控制器将湿球温度传感器采集的温度与第一预设温度进行比较，在所述湿球温度传感器采集的温度大于所述第一预设温度时，控制多个风机和第一组风机全部启动，并开启相对应的多个电动阀；在所述湿球温度传感器采集的温度小于所述第一预设温度时，所述湿球温度传感器采集的温度每下降第一温差值，所述可编程逻辑控制器就将所述多个风机中的一台风机停止，并关闭相对应的所述电动阀，所述湿球温度传感器采集的温度每上升所述第一温差值，所述可编程逻辑控制器就将所述多个风机中处于停止状态的一台风机再次启动，并开启相对应的所述电动阀。

优选地，所述温度上限值、所述温度下限值、所述预设温度差、所述预设压力差、所述第一预设温度和所述第一温差值在操作屏上进行设置。

优选地，所述恒温差pid控制和所述恒压差pid控制通过所述操作屏进行切换。

优选地，所述第一组温度压力变送器和所述第二组温度压力变送器均采用电流信号。

优选地，所述第一温差值为2摄氏度。

与现有技术相比，本发明提供一种循环水冷却系统及其自动控制方法，所述多个板式换热器上的电动温控阀根据流过的冷却水温度自动调整冷却水流量，所述可编程逻辑控制器根据所述多个板式换热器的入水口的公共端的和出水口的公共端的冷却水温度差对变频器的输出频率进行恒温差pid控制，或者根据所述多个板式换热器的入水口的公共端的和出水口的公共端的冷却水压力差对变频器的输出频率进行恒压差pid控制，还根据所述多个冷却塔的出水口的公共端的冷却水温度控制所述多个风机的启动个数，能够有效满足生产需要，节约水电资源，降低生产成本。

附图说明

图1为本发明的一实施例的循环水冷却系统的结构示意图；

图2为本发明的一实施例的循环水冷却系统自动控制方法中恒温差pid控制的方框图；

图3为本发明的一实施例的循环水冷却系统自动控制方法中恒压差pid控制的方框图；

图4为本发明的一实施例的循环水冷却系统自动控制方法中风机启停控制的逻辑图。

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

请参见图1，图1为本发明的一实施例的循环水冷却系统的结构示意图。本发明一实施例的一种循环水冷却系统包括循环水冷却单元100和控制传送单元200，循环水冷却单元100包括并联的多个冷却塔11、并联的多个板式换热器12、并联的多个循环泵13、冷却水供水管路14、循环水回水管路15和变频器16，冷却水供水管路14设置在多个冷却塔11的出水口的公共端112与多个板式换热器12的入水口的公共端121之间，循环水回水管路15设置在多个冷却塔11的入水口的公共端111与多个板式换热器12的出水口的公共端122之间，多个循环泵13设置在冷却水供水管路14上，用于调节冷却水供水管路14内冷却水的流量，多个循环泵13的入水口的公共端131与多个冷却塔11的出水口的公共端112之间连接有冷却水供水管路14，多个循环泵13的出水口的公共端132与多个板式换热器12的入水口的公共端121之间连接有冷却水供水管路14，变频器16用于调节多个循环泵13的转速；控制传送单元200包括可编程逻辑控制器21、湿球温度传感器22、第一组温度压力变送器23和第二组温度压力变送器24，湿球温度传感器22、第一组温度压力变送器23、第二组温度压力变送器24分别与可编程逻辑控制器21电气连接，变频器16还与可编程逻辑控制器21电气连接，湿球温度传感器22用于采集多个冷却塔11的出水口的公共端112的冷却水的温度，第一组温度压力变送器23用于采集多个板式换热器12的入水口的公共端121的冷却水的温度和压力，第二组温度压力变送器24用于采集多个板式换热器12的出水口的公共端122的循环水的温度和压力。湿球温度传感器22、第一组温度压力变送器23、第二组温度压力变送器24采集的各种数据都传送到可编程逻辑控制器21，可编程逻辑控制器21对这些数据进行处理。

多个冷却塔11包括第一组冷却塔113和除第一组冷却塔113之外的其余冷却塔114，其余冷却塔114分别设置有多个风机1141和多个电动阀1142，多个风机1141和多个电动阀1142一一对应，每个电动阀1142在对应的风机1141启停时相应地开启或关闭，第一组冷却塔113对应设置有第一组风机1131，第一组冷却塔113的出水口1132始终保持开启状态，多个风机1141、第一组风机1131分别与可编程逻辑控制器21电气连接。多个风机1141由可编程逻辑控制器21控制启停，在冷却水温度较低时，可以减少多个风机1141的启动个数，从而可以节省水电资源；第一组冷却塔113的出水口1132始终保持开启状态，能够保证冷却水供水管路14内始终有冷却水流过。

其中，多个板式换热器12上分别设有电动温控阀123，用于根据流入多个板式换热器12的冷却水的温度自动调整其内部冷却水的流量，当流入多个板式换热器12的冷却水温度高于温度上限值时，增大冷却水流量，当流入多个板式换热器12的冷却水温度低于温度下限值时，减小冷却水流量。

可编程逻辑控制器21用于计算第一组温度压力变送器23采集的温度与第二组温度压力变送器24采集的温度之间的温度差，并根据该温度差与预设温度差的比较结果对变频器16的输出频率进行恒温差pid控制，以调节多个循环泵13输出至冷却水供水管路14内的冷却水流量；或者，可编程逻辑控制器21用于计算第一组温度压力变送器23采集的压力与第二组温度压力变送器24采集的压力之间的压力差，并根据该压力差与预设压力差的比较结果对变频器16的输出频率进行恒压差pid控制，以调节多个循环泵13输出至冷却水供水管路14内的冷却水流量。

可编程逻辑控制器21还用于将湿球温度传感器22采集的温度与第一预设温度进行比较，在湿球温度传感器22采集的温度大于第一预设温度时，控制多个风机1141和第一组风机1131全部启动，并开启对应的多个电动阀1142；在湿球温度传感器22采集的温度小于第一预设温度时，湿球温度传感器22采集的温度每下降第一温差值，可编程逻辑控制器21就将多个风机1141中的一台风机停止，并关闭相对应的电动阀1142，湿球温度传感器22采集的温度每上升第一温差值，可编程逻辑控制器21就将多个风机1141中处于停止状态的一台风机再次启动，并开启相对应的电动阀1142；这样，在冬季环境温度较低、冷却水温度也较低时，多个风机1141可以不必全部启动，相对应的多个电动阀1142也不必全部开启，能够有效节省水电资源。

作为本发明的优选实施例，多个冷却塔11的出水口的公共端112与多个循环泵13的入水口的公共端131之间的冷却水供水管路14上还设有电子除垢仪141，用于对从多个冷却塔11的出水口的公共端112流出的冷却水进行除垢。

作为本发明的优选实施例，可编程逻辑控制器21还连接操作屏25，操作屏25用于切换对变频器16进行的恒温差pid控制或恒压差pid控制。

作为本发明的优选实施例，操作屏25还用于预先设定温度上限值、温度下限值、预设温度差、预设压力差、第一预设温度和第一温差值。

作为本发明的优选实施例，可编程逻辑控制器21还连接动力柜26，动力柜26用于给循环水冷却系统提供电源。

根据本发明的另一面，提供一种循环水冷却系统自动控制方法。请结合参见图1至图4，图2为本发明的一实施例的循环水冷却系统自动控制方法中恒温差pid控制的方框图，图3为本发明的一实施例的循环水冷却系统自动控制方法中恒压差pid控制的方框图，图4为本发明的一实施例的循环水冷却系统自动控制方法中风机控制的逻辑图。本发明一实施例的一种循环水冷却系统自动控制方法包括：

利用湿球温度传感器22采集多个冷却塔11的出水口的公共端112的冷却水的温度，利用第一组温度压力变送器23采集多个板式换热器12的入水口的公共端121的冷却水的温度和压力，利用第二组温度压力变送器24采集多个板式换热器12的出水口的公共端122的循环水的温度和压力，多个冷却塔11包括对应设置有第一组风机1131的第一组冷却塔113和除第一组冷却塔113之外的其余冷却塔114，其余冷却塔114分别设置有多个风机1141和一一对应于多个风机1141的多个电动阀1142，每个电动阀1142在对应的风机1131启停时相应地开启或关闭，第一组冷却塔113的出水口1132始终保持开启状态；

利用多个板式换热器12上的电动温控阀123根据流入多个板式换热器12的冷却水的温度自动调整其内部冷却水的流量，当流入多个板式换热器12的冷却水温度高于温度上限值时，增大冷却水流量，当流入多个板式换热器12的冷却水温度低于温度下限值时，减小冷却水流量；

利用可编程逻辑控制器21计算第一组温度压力变送器23采集的温度与第二组温度压力变送器24采集的温度之间的温度差，并根据该温度差与预设温度差的比较结果对变频器16的输出频率进行恒温差pid控制，以调节多个循环泵13输出至冷却水供水管路14内的冷却水流量；或者，利用可编程逻辑控制器21计算第一组温度压力变送器23采集的压力与第二组温度压力变送器24采集的压力之间的压力差，并根据该压力差与预设压力差的比较结果对变频器16的输出频率进行恒压差pid控制，以调节多个循环泵13输出至冷却水供水管路14内的冷却水流量。请参见图2的恒温差pid控制的方框图，首先在操作屏25上预先设置对应于多个板式换热器12的入水口的公共端121和出水口的公共端122的冷却水的预设温度差，可编程逻辑控制器21计算第一组温度压力变送器23采集的温度与第二组温度压力变送器24采集的温度之间的温度差，并根据该温度差与预设温度差的比较结果对变频器16的输出频率进行恒温差pid控制，当该温度差大于或逐渐上升至接近预设温度差时，可编程逻辑控制器21控制增大变频器16的输出频率，以增加多个循环泵13输出至冷却水供水管路14内的冷却水流量，当该温度差小于预设温度差时，可编程逻辑控制器21不改变变频器16的输出频率；或者，请参见图3的恒压差pid控制的方框图，首先在操作屏25上预先设置对应于多个板式换热器12的入水口的公共端121和出水口的公共端122的冷却水的预设压力差，可编程逻辑控制器21计算第一组温度压力变送器23采集的压力与第二组温度压力变送器24采集的压力之间的压力差，并根据该压力差与预设压力差的比较结果对变频器16的输出频率进行恒压差pid控制。

利用可编程逻辑控制器21将湿球温度传感器22采集的温度与第一预设温度进行比较，在湿球温度传感器22采集的温度大于第一预设温度时，控制多个风机1141和第一组风机1131全部启动，并开启相对应的多个电动阀1142；在湿球温度传感器22采集的温度小于第一预设温度时，湿球温度传感器22采集的温度每下降第一温差值，可编程逻辑控制器21就将多个风机1141中的一台风机停止，并关闭相对应的电动阀1142，湿球温度传感器22采集的温度每上升第一温差值，可编程逻辑控制器21就将多个风机1141中处于停止状态的一台风机再次启动，并开启相对应的电动阀1142。请参见图4所示的风机启停控制的逻辑图，在进行风机启停控制时，首先执行步骤s1：可编程逻辑控制器21将湿球温度传感器22采集的温度与第一预设温度进行比较；再执行步骤s2：判断湿球温度传感器22采集的温度是否大于第一预设温度；若湿球温度传感器22采集的温度大于第一预设温度，就执行步骤s3：将多个风机1141和第一组风机1131全部启动，并开启相对应的多个电动阀1142；若湿球温度传感器22采集的温度不大于第一预设温度，就执行步骤s4：湿球温度传感器22采集的温度每下降第一温差值，可编程逻辑控制器21就将多个风机1141中的一台风机停止，并关闭相对应的电动阀1142，湿球温度传感器22采集的温度每上升第一温差值，可编程逻辑控制器21就将多个风机1141中处于停止状态的一台风机再次启动，并开启相对应的电动阀1142。

本发明一实施例的一种循环水冷却系统自动控制方法中，电动温控阀自动调整多个板式换热器12内的冷却水流量、可编程逻辑控制器21对变频器16的输出频率进行恒温差pid控制或恒压差pid控制、可编程逻辑控制器21控制多个风机1141的启动个数这三个步骤同步执行，但本发明并不以此为限，在本发明的其他实施例中，这三个步骤可以按照其他顺序执行。

作为本发明的优选实施例，温度上限值、温度下限值、预设温度差、预设压力差、第一预设温度和第一温差值在操作屏25上进行设置。

作为本发明的优选实施例，恒温差pid控制和恒压差pid控制通过操作屏25进行切换。

作为本发明的优选实施例，第一组温度压力变送器23和第二组温度压力变送器24均采用电流信号。在本发明的一实施例中，第一组温度压力变送器23和第二组温度压力变送器24与可编程逻辑控制器21之间的距离约为560米，属于最不利回路，温度压力变送器必须采用电流信号。

作为本发明的优选实施例，第一温差值为2摄氏度，但是本发明并不以此为限，在本发明的不同实施例中，第一温差值可以根据生产需要进行设定。

在本发明的一实施例的实际应用中，动力柜26用于给循环水冷却系统提供电源，湿球温度传感器22采集多个冷却塔11的出水口的公共端112的冷却水温度，第一组温度压力变送器23采集多个板式换热器12的入水口的公共端121的温度和压力数据，第二组温度压力变送器24采集多个板式换热器12的出水口的公共端122的温度和压力数据，电动温控阀123根据流入多个板式换热器12的冷却水的温度自动调整该冷却水的流量；可编程逻辑控制器21对变频器16的输出频率进行恒温差pid控制或恒压差pid控制，调节多个循环泵13内的冷却水流量；可编程逻辑控制器21还根据湿球温度传感器22采集的温度与第一预设温度的比较结果控制多个风机1141的启动个数；同时，根据工艺要求对冷却水供水管路14和循环水回水管路15的尺寸、多个板式换热器12的面积进行了改造，结合循环水冷却系统自动控制方法，有效增强了循环水冷却效果，降低了纯水耗用量，达到节能减排、降低生产成本的双重效果。

本发明提供一种循环水冷却系统及其自动控制方法，对变频器16的输出频率进行恒温差pid控制或恒压差pid控制，还根据湿球温度传感器22采集的温度与第一预设温度的比较结果控制多个风机1141的启动个数，第一组冷却塔113的出水口132保持开启状态，既能够保证冷却水供水管路14内始终有冷却水流过，满足生产需要，又能够节约水电资源，降低生产成本。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。